۴- اصل تغییرات محدود
سامانه های طبیعی پردازش اطلاعات، برای فعالیت خود نیاز دارند که با محیط خارجی، از طریق اکتساب اطلاعات و با محیط داخلی، از طریق عملکرد مناسب، تعامل داشته باشند. توانمندی یک سامانه طبیعی پردازش اطلاعات جهت اکتساب اطلاعات از محیط، بر اساس اصل تغییرات محدود تبیین می شود.

در معماری شناختی انسان، تغییرات حاصل از اصل تکوین تصادفی با انطباق دانش جدید با طرحواره های موجود در حافظه بلند مدت منجر به اصل تغییرات محدود می شوند. به این ترتیب، اصل تغییرات محدود به این معنا است که در رابطه با یادگیری دانشهای جدید، اگر از قبل در حافظه بلند مدت خود، طرحواره های مربوطی را داشته باشیم، کسب آن دانش جدید با اعمال تغییرات کوچک و محدودی در آن ممکن خواهد بود. اگر از قبل طرحواره های مربوطی در اختیار نداشته باشیم، این دانش را بر اساس اصل تقلید و سازماندهی مجدد کسب می کنیم.
همانطور که اشاره شد، محدودیت های حافظۀ کاری منحصر به ظرفیت آن نمی باشند. حافظۀ کاری از لحاظ مدت زمان حفظ اطلاعات نیز محدود می باشد. محدودیت های گنجایشی و زمانی حافظۀ کاری فقط در اطلاعات جدید به دست آمده از محیط خارجی توسط حافظه حسی، کاربرد دارند. این محدودیت ها شامل اطلاعات آشنای بازگشته از حافظۀ بلند مدت نمی شوند. حافظۀ کاری در هنگام مواجهه با اطلاعات آشنا و اطلاعات جدید، ویژگی های کاملاً متفاوتی را نشان می دهد. این ویژگی ها تحت عنوان اصل بعدی یعنی، اصل ارتباط و سازماندهی محیطی بحث خواهند شد.
۵- اصل ارتباط و سازماندهی محیطی
ویژگی های لازم یک سامانه برای اینکه عملکرد مناسبی در درون یک محیط داشته باشد، اصل ارتباط و سازماندهی محیطی نامیده شده اند. اصل تغییر محدود و اصل ارتباط و سازماندهی محیطی، تشریح کننده چگونگی ارتباط های بین سامانه های طبیعی پردازش اطلاعات و محیط هایشان می باشند. هر دو اصل با حافظه کاری مرتبط می باشند.
چهار اصل قبلی توضیح می دادند که سامانه های طبیعی پردازش اطلاعات چگونه می توانند اطلاعات را از طریق فرایند تولید تصادفی یا تقلید و سازماندهی مجدد اطلاعات از قبل تولید شده بدست آورده و ذخیره کنند. اما هدف نهایی یک سامانه طبیعی پردازش اطلاعات صرفاً ذخیره کردن اطلاعات نیست. غرض اصلی از ذخیره اطلاعات، فراهم سازی امکان استفاده از آن اطلاعات در یک محیط واقعی است. اصل ارتباط و سازماندهی محیطی این گام آخر را تأمین می کند. بدون این اصل، سامانه های طبیعی پردازش اطلاعات هیچ کارکرد عملی نخواهند داشت، زیرا این اصل است که آنها را قادر می سازد تا فعالیت هایشان را با محیط شان هماهنگ کنند. اصل ارتباط و سازماندهی محیطی، امکان استفاده از مقادیر بسیار زیاد اطلاعات ذخیره شده در حافظۀ درازمدت را در فعالیت های مرتبط با یک محیط مشخص فراهم می آورد.
در معماری شناختی انسان، بنابر اصل ارتباط و سازماندهی محیطی، اطلاعات نگهداری شده در مخزن اطلاعات برای اطمینان یافتن از اینکه فعالیت های مربوط به طور مناسب با طبیعت هماهنگ می شود، مورد استفاده قرار می گیرند. ساختار شناختی مرتبطی که این هماهنگ سازی را اداره می کند، حافظۀ کاری است. حافظۀ کاری، علاوه بر دریافت اطلاعات محیطی از طریق سامانه حسی، همچنین اطلاعات سازماندهی و ذخیره شده از قبل را از حافظۀ بلند مدت دریافت می کند.
اصل ارتباط و سازماندهی محیطی، به اطلاعات سازمان یافته موجود این امکان را می دهد که از حافظۀ بلند مدت به حافظۀ کاری منتقل شوند تا برای هماهنگ سازی فعالیت ها در یک محیط مناسب مورد استفاده قرار گیرند. هنگام نیاز به اطلاعات خاص، بجای اینکه حافظۀ کاری آن اطلاعات را از طریق حافظۀ حسی از محیط دریافت کند (آنگونه که در اصل تغییرات محدود اتفاق می افتد)، حافظۀ کاری بر اساس اصل ارتباط و سازماندهی محیطی، اطلاعات مناسب از لحاظ محیطی را از حافظۀ بلند مدت، دریافت می کند.
نظریۀ بار شناختی
از جمله مباحثی که در دیدگاه پردازش اطلاعات به منظور حمایت از فرایند پردازش داده ها در حافظۀ کاری مطرح شده است، نظریۀ بار شناختی است. در بسیاری از دروس روان شناسی، به دانشجویان عدد سحر آمیز ۷ بعلاوه یا منهای ۲ معرفی می شود. نتیجۀ اساسی این قاعده آن است که یادگیرندگان قادر هستند در یک زمان تنها بین ۵ تا ۹ مادۀ اطلاعاتی را به خاطر بسپارند (موریسون^[۱۰۴] و همکاران، ۱۳۸۷). یعنی ما در آن واحد، می توانیم تعداد محدودی از واحدهای اطلاعاتی را در حافظه کاری خود پردازش کنیم (کالیوگا^[۱۰۵]، ۲۰۰۹).
اصطلاح بار شناختی، به میزان باری^[۱۰۶] اشاره دارد که در هنگام پردازش اطلاعات بر حافظۀ کاری یا کوتاه مدت وارد می آید تا بتواند آن اطلاعات را برای جای دهی در حافظۀ درازمدت رمزگذاری^[۱۰۷] کند. به این تلاش ذهنی برای پردازش اطلاعات بار شناختی می گویند.
از جمله مباحثی که در روان شناسی تربیتی بر اساس دیدگاه خبرپردازی برای حمایت از فرایند پردازش داده ها در حافظه فعال مطرح شده است، نظریه بار شناختی^[۱۰۸] می باشد. در واقع تلاش اصلی طراحان آموزشی^[۱۰۹] باید طراحی درس ها به طریقی باشد که با فرایند های پردازش اطلاعات یادگیرندگان سازگار باشد. استفاده از نظریه بار شناختی، نمونه ای از این تلاش ها در طراحی آموزشی است.
بار شناختی
مفهوم بار شناختی که برای اولین بار در سال های ۱۹۵۰ ارائه گردید، بر این فرض استوار است که مجراهای^[۱۱۰] ارتباطی ذهن ظرفیت محدودی را برای پردازش اطلاعات دارند، یعنی ما در آن واحد، می توانیم تعداد محدودی از واحدهای اطلاعاتی را پردازش کنیم.این نظریه که نظریه گنجایش^[۱۱۱] نامیده می شود، می گوید که ظرفیت حافظه کاری انسان از محدودیت برخوردار است.
اصطلاح بار شناختی، به میزان باری که در هنگام پردازش اطلاعات بر روی حافظه کاری وارد می آید، تا بتواند آن اطلاعات را برای جای دهی در حافظه درازمدت رمزگذاری کند، اشاره دارد. این تلاش ذهنی برای پردازش اطلاعات را بار شناختی می نامیم(کالیوگا، ۱۳۹۱). نظریه بار شناختی به عنوان نظریه ای مرتبط با طراحی آموزشی^[۱۱۲] مبتنی بر دانش ما از معماری شناختی انسان توسعه داده شده است.
نظریه بار شناختی شامل جنبه هایی از معماری شناختی انسان است که به آموزش و یادگیری مربوط می شود. تأکید و هدف نظریه بار شناختی به خودی خود بر روی معماری شناختی انسان و چگونگی تکامل آن نیست، بلکه هدف نهایی این نظریه، آن است که بتوانیم از دانش خود در زمینۀ شناخت انسان، برای تدوین اصول طراحی آموزشی بهره ببریم( سوئلر و دیگران^[۱۱۳]، ۱۹۹۸). این نظریه بر اساس بعضی از مفروضه های اساسی درباۀ ساختار شناختی^[۱۱۴] انسان، حافظۀ کاری و حافظۀ درازمدت بنا شده است. در عین حال، نظریۀ بار شناختی، از بسیاری از مفروضه های نظریۀ چند رسانه ای مایر^[۱۱۵] (۲۰۰۱) نیز استفاده می کند.
توانایی پردازشی حافظۀ کاری محدود می باشد. یعنی افراد در یک زمان فقط می توانند تعداد محدودی از اقلام اطلاعاتی جدید را پردازش کنند. حافظۀ فعال در ضمن، امکان بازیابی اطلاعات از حافظۀ درازمدت را نیز دارد. اطلاعات جدید موجود در حافظۀ فعال و اطلاعاتی که از حافظۀ درازمدت وارد آن می شوند، با یکدیگر تلفیق می گردند (سوئلر و چندلر^[۱۱۶]، ۲۰۰۳؛ به نقلِ کوک، زهنگ و بلاز^[۱۱۷]، ۲۰۰۹). نظریۀ بار شناختی مانند نظریۀ چند رسانه ای مایر، همین مفروضه ها را دربارۀ شناخت انسان برای طراحی مواد آموزشی به کار می برد تا این مواد آموزشی، بار شناختی اضافه ای را بر حافظۀ فعال تحمیل نکنند. این نظریه دربارۀ حافظۀ درازمدت نیز مفروضه هایی را پذیرفته است. گنجایش حافظۀ درازمدت بسیار زیاد است و نقشی اساسی را در یادگیری بر عهده دارد. اطلاعات موجود در حافظۀ درازمدت در قالب طرحواره ها سازمان می یابند.
بر اساس معماری شناختی انسان، نظریۀ بارشناختی پیشنهاد می دهد که هدف اصلی آموزش باید افزایش دانش سودمند نگه داری شده در حافظۀ بلند مدت باشد. میزان این دانش باید با توجه به محدودیت های حافظۀ کاری در نظر گرفته شود. لازم است اطلاعات به گونه ای به یادگیرنده ارائه شوند که پردازش های غیر ضروری را کاهش دهد. پس نظریۀ بار شناختی عمدتاً در رابطه با رویه هایی است که می خواهد، اطلاعات جدید را به گونه ای به یادگیرندگان ارائه دهد که بار شناختی غیر ضروری را حذف، و در همان حال، آن جنبه هایی از بار شناختی را که منجر به یادگیری می شوند، بهبود بخشد.
نظریۀ بار شناختی، از مهم ترین نظریه ها در طراحی آموزشی محسوب می شود. هدف نظریۀ بار شناختی، پیش بینی پیامدهای یادگیری با توجه به قابلیت ها و محدودیت های ساختار شناختی انسان است (پلاس و همکاران^[۱۱۸]، ۲۰۱۰). این نظریه می تواند در گسترۀ وسیعی از محیط های یادگیری به کار گرفته شود زیرا که آن، ویژگی های طراحی مواد آموزشی را به اصول پردازش اطلاعات در ساختار شناختی انسان ارتباط می دهد. این نظریه راهبردهایی را نیز برای طراحی مواد یادگیری در قالب چند رسانه ای ها ارائه می کند.
در فرایند تدریس و یادگیری، بعضی از محتواهای آموزشی ساده و بعضی دشوار هستند. برخی محتواها نیازمند یادگیری عناصر به صورت مجزا و مستقل هستند، اما برخی دیگر، نیاز به برقراری ارتباط بین چندین عنصر اطلاعاتی دارند. علاوه بر تعداد عناصر و میزان تعامل بین عناصری^[۱۱۹] محتوای آموزشی، نحوۀ ارایۀ محتوا و خود یادگیرنده (در صورتی که از تجربه یا تخصص کمی در ارتباط با محتوای آموزشی برخوردار باشد) نیز می توانند موجب افزایش بارشناختی شوند. پژوهش ها سه نوع بار شناختی را مشخص کرده اند: بار شناختی درونی^[۱۲۰]، بار شناختی بیرونی^[۱۲۱] و بار شناختی مطلوب^[۱۲۲] (پاس و همکاران^[۱۲۳]، ۲۰۰۳). در ادامه به توضیح هر یک از این سه نوع بار شناختی می پردازیم.
بار شناختی درونی
بار شناختی درونی، بر اساس پیچیدگی ذهنی مواد آموزشی مورد یادگیری مشخص می شود (کالیوگا، ۱۳۹۱). بارشناختی درونی، به عنوان اولین نوع بار شناختی، برحسب تعامل بین عناصری محتوا مشخص می شود. ما به عنوان طراح آموزشی هیچ کنترلی بر تعامل بین عنصری محتوا نداریم. اگر بین عناصر محتوا، سطح بالایی از تعامل وجود داشته باشد، در آن صورت بار شناختی درونی آن محتوا بالا خواهد بود. اما اگر تعامل بین عناصری محتوا در سطح پایینی باشد، بار شناختی درونی نیز کم خواهد بود (موریسون و دیگران، ۲۰۰۴).
بار شناختی درونی یک محتوای آموزشی، توسط ساختار اساسی آن اطلاعات که یادگیرنده برای رسیدن به اهداف یادگیری، صرف نظر از رویه های آموزشی استفاده شده، بدانها نیاز دارد، تحمیل می شود. این بار از پیچیدگی ذاتی محتوای آموزشی نشأت می گیرد و نشان دهندۀ سطح دشواری آن محتوا برای یادگیری است. برای مثال، محاسبۀ جواب سه بعلاوۀ سه، نسبت به محاسبۀ جواب یک معادلۀ جبری، بار شناختی درونی کمتری را بر حافظۀ کاری یادگیرنده وارد می آورد. علت اصلی تحمیل بار شناختی بیشتر توسط محتوای آموزشی پیچیده تر، این است که عناصر این نوع محتواهای آموزشی، نسبت به محتواهای آموزشی ساده تر، از تعداد و تعامل بیشتری با یکدیگر برخوردارند و این عناصر باید به طور همزمان در حافظۀ کاری یادگیرنده قرار گیرند. تعداد کمی از دستورزیهای بار شناختی مربوط به تغییر دادن بار شناختی درونی هستند. زیرا، چنین به نظر می رسد که میزان این نوع بار شناختی محتواهای آموزشی، تغییر ناپذیر است. ما نمی توانیم دشواری ذاتی یک محتوای آموزشی را از آن حذف کنیم. اما می توانیم آن را به گونه ای طراحی و ارائه کنیم که از میزان دشواری آن برای یادگیرنده کاسته شود. مثلاً می توانیم محتوای آموزشی دشوار را با روش تقطیع^[۱۲۴] به یادگیرنده ارائه کنیم. در برخی موارد بار شناختی محتوا از روش ارائۀ آن ناشی می شود، که این دیگر مریوط به بار شناختی درونی نیست و بار شناختی بیرونی خوانده می شود.
بار شناختی بیرونی
بار شناختی بیرونی، می تواند ناشی از شکلهای گوناگون طراحی و ارائه محتوای آموزشی به یادگیرندگان ( نظیر ارائه های نوشتاری، نمایش عملی و یا فعالیتهایی مانند حل مسئله، مطالعۀ مثال های عملی و غیره) باشد (کالیوگا، ۱۳۹۱). بار شناختی بیرونی، هنگام طراحی یا آرایش مواد آموزشی شکل می گیرد. با کاربرد دقیق توصیه های طراحی آموزشی و اصول طراحی پیام می توانیم بار شناختی بیرونی وارد بر یادگیرنده را کنترل کنیم.
بار شناختی بیرونی توسط ساختار درونی اطلاعات تحمیل نمی شود، بلکه حاصل طریقه ای است که با آن اطلاعات به یادگیرندگان ارائه می شوند. به عبارت دیگر، علاوه بر طبیعت مطالب آموزشی، طبیعت طراحی آموزشی استفاده شده برای ارائۀ مطالب نیز می تواند بار شناختی ای را بر یادگیرندگان تحمیل کند که در بسیاری از شرایط غیر ضروری می باشد.
یکی از اهداف طراحی آموزشی، کاهش بار شناختی بیرونی است. به منظور اینکه بخش بیشتری از امکانات حافظۀ کاری بتواند به منابع مطلوب یادگیری، و نه مسائل نامربوط جانبی اختصاص یابد، بار شناختی بیرونی باید تا حد ممکن کاهش یابد. این امر منجر به افزایش امکانات ذهنی اختصاص یافته به بار شناختی درونی مطالب مورد یادگیری می شود.
همانطور که ذکر شد، بار شناختی بیرونی از نحوۀ طراحی آموزشی محتوا و ارایۀ آن به یادگیرنده نشأت می گیرد. برای مثال، ارایۀ محتوای آموزشی به صورت دیداری و شنیداری نسبت به زمانی که همان محتوا فقط در قالب دیداری به یادگیرنده ارائه شود، معمولاً بار شناختی بیرونی کمتری را بر حافظۀ فعال یادگیرنده تحمیل می کند. علت آن است که حافظۀ فعال از دو کانال دیداری و شنیداری تشکیل شده است. گرچه ظرفیت هر یک از این دو کانال محدود می باشد، اما ارائۀ آموزشی که فقط به صورت دیداری باشد، تنها می تواند از نیمی از این ظرفیت موجود حافظۀ کاری استفاده کند. در رابطه با بارشناختی بیرونی، همیشه سودمند است که آن را کاهش دهیم و افزایش آن هیچگاه به نفع تسهیل یادگیری نمی باشد.
طراح آموزشی تا حد امکان، باید از تحمیل بار شناختی بیرونی زیاد بر حافظۀ فعال یادگیرنده جلوگیری کند. در این رابطه، به عنوان طراح باید دو اقدام انجام دهیم؛ ابتدا، باید محتوایی را که دارای بار شناختی درونی بالایی است تشخیص دهیم. دوم، باید با بهره گرفتن از طراحی آموزشی^[۱۲۵] و راهبرد های طراحی پیام مناسب^[۱۲۶]، بار شناختی بیرونی را که از طریق طراحی بر یادگیرنده تحمیل می شود،کاهش دهیم (موریسون و همکاران، ۱۳۸۷).
بار شناختی مطلوب
مفهوم بار شناختی مطلوب، که ناشی از فعالیت های شناختی یاری دهندۀ یادگیری است و برای اشاره به مقتضیات مرتبط با یادگیری در حافظه فعال، در مراحل بعدی به این نظریه افزوده شد (پاس و ون مرین بائر، ۱۹۹۴؛ سوئلر و ون مرین بائر و پاس^[۱۲۷]، ۱۹۹۸).
اصطلاح ” بار شناختی مطلوب” اغلب برای اشاره به منابع مطلوب برای یادگیری مورد استفاده قرار می گیرد. بر خلاف بارشناختی درونی و بیرونی که توسط ساختار مطالب مورد یادگیری و چگونگی ارائه آنها تحمیل می شوند، بار شناختی مطلوب توسط مطالب مورد یادگیری تحمیل نمی شود. این بار مربوط به عوامل دیگری است که می توان آنها را به عنوان منابع حافظۀ کاری اختصاص یافته به اطلاعات مربوط به یادگیری تلقی کرد.
بار شناختی مطلوب به تلاش های ذهنی یادگیرنده که برای کسب طرحواره های ذهنی جدید، یادگیری محتوای آموزشی و خودکارسازی یادگیری خود متحمل می گردد،گفته می شود. دانش و مهارت هایی که به طور مکرر توسط یادگیرنده استفاده می شوند می توانند تدریجاً به طور خودکار و بدون صرف کوشش هوشیارانه سطح بالا از طرف او به کار روند. خودکار سازی محتوای یاد گرفته شده می تواند بر محدودیت های حافظۀ فعال غلبه کند و موجب کاهش بار شناختی شود. در نقش طراح آموزشی باید تا حد امکان، این نوع بار شناختی را در محتوای آموزشی مورد طراحی، افزایش دهیم.
بار شناختی درونی، بیرونی و مطلوب به طور یکپارچه، بار شناختی کلی تحمیل شده به یادگیرنده را شکل می دهند (کالیوگا، ۱۳۹۱). مقدار کلی بار شناختی، شامل بار شناختی درونی و بیرونی، نباید از منابع حافظۀ کاری تجاوز کند. اگر مقدار کلی بار شناختی زیاد باشد ممکن است که، پردازش اطلاعات ضروری دشوار گردد و در نتیجه یادگیری متوقف شود.
اگر بار شناختی درونی بالا باشد، مقدار بار شناختی بیرونی می تواند بسیار مهم شود. کم کردن بارشناختی بیرونی وقتی که بار شناختی درونی بالاست، بسیار مهم تر از زمانی است که بار شناختی درونی پایین است. در صورتی که بار شناختی درونی پایین باشد، بار شناختی بیرونی زیاد ممکن است که چندان مشکل زا نباشد، زیرا هنوز مقدار کلی بار شناختی می تواند از منابع و امکانات حافظۀ کاری در دسترس، کمتر باشد.
اگر بار شناختی درونی بالا باشد، اضافه کردن یک بار شناختی بیرونی بالا به آن بار شناختی درونی، ممکن است منجر به افزایش بیش از حد بار شناختی کلی شود. نظریه بار شناختی در درجۀ اول، ، در پی کاهش بار شناختی بیرونی است.
در جدول شمارۀ ۱، ویژگی های سه نوع بار شناختی به طور خلاصه آمده است:
جدول ۲-۲٫: انواع بار شناختی و ویژگی های آن ها